汽车室内噪声分析及控制

王蓉+易侃

【摘 要】在汽车工业的飞速发展和人们对汽车舒适性要求愈加严格的背景下，改善汽车内部声学环境，降低车辆室内噪声成为一项重要研究方向。本文分析了一些国内外汽车噪声研究发展状况及我国对治理汽车噪声污染的相关法律法规，对主流的四大汽车室内噪声预示方法进行了初步探讨，提出了对于各种车内噪声相应的控制措施。最后对于汽车噪声控制方法进行总结并提出几点思考方向作为以后继续研究此类问题的思路。

【关键词】汽车室内噪声；噪声预示；控制措施

当今的全球工业化大背景下，人类面临的诸多世界性的问题里就包括噪声污染这一项，它与水污染、空气污染一起被列为当今世界三大主要污染源。而汽车噪声是汽车的第二公害，它不仅会对人的心理上产生不良影响，还会从生理角度损害人体身体健康，特别是车内噪声过大还会从侧面诱发汽车交通事故。因而，控制车内噪声成为车辆设计、制造工程师的在研发过程中非常重要的一个研究课题。

1 研究背景

1.1 我国相关的法律法规

国外工业发达国家自六十年代起，就制定了许多法规和标准对汽车噪声排放进行控制上，近年来国家对车辆噪声排放的要求越来越严格，先后于1979年颁布了《机动车辆允许噪声标准》（GBI495-79），还相继制订了《机动车运行安全技术》（GB7258-89）、《客车通用技术条件》（GB/T13095.91）等技术标准，全面、优化地规定了各型车辆的噪声限值。

1.2 国内外汽车噪声研究进展

在汽车发展早期，汽车发动机功率普遍很低，汽车噪声问题并不突出，但随着汽车发动机工艺水平的不断提高，一般的轿车发动机功率都可以达到120马力，汽车噪声与振动问题就日渐显现出来了。人们在选购汽车时，已将汽车的抗振动噪声性能当作选购的重要参考标准，这不仅是出于对生活品质的要求上，更多的是出于对驾驶安全上的考虑。

1.2.1 汽车室内噪声预示技术的发展

早期的噪声预测主要是一维模型，采用解析方法计算平板的辐射噪声，后來对不同频率下结构的表面振动和噪声辐射进行预示，从而计算得出噪声辐射效率曲线，以后的噪声预测中利用这一噪声辐射效率和表面振动来近似计算辐射噪声。

随着数学理论的发展，带动了其在汽车领域的进一步研究，其中数值计算理论被运用到新时期的汽车噪声预示领域，辅助于计算机技术，使得应用数值计算方法对噪声进行模拟计算成为可能。

1.2.2 汽车室内噪声控制技术的发展

车内噪声的控制可分为车内噪声被动控制和车内噪声主动控制两种[1]。一般车内中高频噪声采用被动控制来消除，早期的车辆内部噪声控制主要采用被动降噪。主动控制方法又叫有源消声，是近年来发展起来的一种噪声控制方法，最早是在1947年被提出来，它与传统降噪措施不同之处在于对低频噪声具有较好的控制效果，并且质量轻体积小，便于安装。

2 汽车室内噪声研究的分析方法

2.1 有限元法

有限元法是求解汽车振动噪声问题最常用的数值模拟方法，通俗的说法就是“化整为散”，把连续的弹性体划分为有限个只有节点相连的有限大小的单元，单元之间通过节点来传力，通过研究单元体的结构和声特性，根据力学方程或声学波动议方程，得到联立代数方程式，通过求解代数方程式得到结构弹性体或声传播空气域中的振动或声特性[2]。

2.2 边界元法

边界元方法对处理结构声辐射、声散射和结构声腔问题有独特的优越性，因而在实际中得到应用，它适用于中低频段的振动和噪声分析，对高频段的振动和噪声分析计算精度较差。边界元法主要用于处理声场的外部问题和有复杂边界条件的内部声场问题，该法降低了求解问题的维数，适合处理无边界区域问题，但是它的计算速度慢。

2.3 统计能量分析法

统计能量分析法创始于20世纪60年代，它是从能量角度出发分析在不同结构表面在外载荷作用下的响应，其更重要的作用在于列出主要噪声贡献，以及预测不同设计对车内噪声的相对影响，目前，统计能量分析和有限元方法一样，作为CAE主要分析手段分析空气噪声。

2.4 传递路径分析法

传递路径分析法[3]建立的模型与有限元方法相似但又不完全相同，它把一个整体的系统分为几个较为独立的子结构，每个子结构都以频响函数来表征其结构特性，各子结构之间通过各种弹性元件相联结来传递信息。这个弹性元件简化成标量弹簧，从而将系统变成“结构—弹簧”的形式。

3 车内噪声控制方法

对于噪声的控制还可以利用AutoSEA软件，将汽车的设计图纸导入软件中，建立汽车车内结构与声学的3D实体模型，这其实是利用该软件根据统计能量法的原理预示噪声后，再利用其强大的后处理能力，有针对性的提出减振降噪的措施。

3.1 被动控制法

在汽车噪声控制问题研究前期，被动控制法是主要研究方向。它所要解决的途径主要包括三个方面的噪声控制：噪声源辐射隔离、隔绝噪声传播途径、对接收者进行防护。通常可采取以下措施：隔绝传播途径就是利用具有弹性和阻尼的材料来对车身进行隔振，改善振源和车身之间的振动传递关系，同时利用吸声涂料、阻尼粘胶等材料来改善车身壁板的隔声性能，并通过减小乘坐室壁板的孔缝数目和尺寸提高密封性，以削弱气体传声；对接收者进行防护就是戴个人防护耳具。

3.2 主动控制法

噪声主动控制是近年来逐渐发展起来的一种噪声控制方法，它对低频噪声控制效果较好，此外它还具有对原系统的附加质量小和占用空间小等特点。

基于有源噪声控制（ANC）原理及“反射镜”原理降噪的主动控制法，通俗地说就是“以彼之道还之彼身”，用噪音来消除噪音的新技术。这里有两个技术难点需要去攻克，其一，如何去收集原噪声波形；其二，如何制造出与之相逆的波形。

4 基于噪声控制所提出的问题

在主动控制噪声方法中，有源降噪是新的研究方向，现在的有源降噪只是在较小范围内用于低频噪声，或在较大范围内降低单一声波噪声。也就是说，有源降噪还没有充分发挥出它应有的优势。在此，我提出如下三点主动控制噪声的假设：

其一，减少噪声源的产生。通过对节气门位置传感器的数据分析，在满足基本路状条件下减少气缸工作数量。同时，不同气缸数在工作时产生的噪声肯定是不一样的，那么有必要对主动控制噪声装置进行预设。

其二，利用惠更斯原理扩大降噪范围。目前三维空间有源降噪的研究仍处于实验室阶段，但这也是以后研究过程中的一个方向。

其三，能否通过共振原理将多种声波共振为一种声波后，利用有源消声装置进行消声。

5 结论

长久以来，汽车噪声问题一直是世界各国汽车生产企业重要的研究方向，虽然取得了丰硕的研究成果，但由于问题的复杂性，该领域目前仍然存在着大量的理论和技术空白。因此国内汽车行业应当充分把握这一时机，努力学习国外先进技术以形成后发优势的同时，通过自主创新，各个击破，力求取得某些方面的率先突破，从而带动我国汽车噪声控制技术的整体跨越式发展。

【参考文献】

[1]任文堂，郄维周.交通噪声及其控制[M].北京：人民交通出版社，1984.

[2]高刚.重型商用车车内噪声的声源识别与响应分析[D].吉林：吉林大学，2011.

[3]赵彤航.基于传递路径分析的汽车车内噪声识别与控制[D].吉林：吉林大学博士学位论文，2008.

[责任编辑：张涛]endprint